Schatzsuche Kryptographie zum Anfassen

Transkript

1 Schatzsuche Kryptographie zum Anfassen Verfasser: Nadine Bergner, Michaela Wehling, Kerstin Kamphausen Kurz-Info: Informatischer Inhalt: Datenschutz und Sicherheit Jahrgangsstufe: 6 bis 8 Vorwissen: keines

2 wird auf veröffentlicht (DIESE ZEILE LÖSCHEN) KURZINFORMATION FÜR DIE LEHRKRAFT Titel: Kryptographie Schulstufe: Unter-bis Mittelstufe optimale Jahrgangsstufe: Klasse 6 bis 8 Abgedeckt durch: - Lehrplan NRW Ja - Bildungsstandards: Ja Einbindung in den Unterricht: Dauer: Dieses Modul bietet sich ideal als Einblick in die historische Entwicklung der Kryptographie an. 2 Tage mit ca. 4+6 Zeitstunden Vorkenntnisse: keine Lernziel: Inhalt: Das Lernziel, das von den Schülerinnen und Schülern in dem InfoSphere-Modul Kryptographie erreicht werden soll, ist zum einen ein Verständnis für die historische Entwicklung der kryptologischen Verschlüsselungsmechanismen zu entwickeln und zum anderen die Anwendung und Umsetzung dieser Verfahren zu beherrschen. Dabei sollen die Schülerinnen und Schüler die einzelnen Verfahren zunächst durch Ausprobieren an einem verschlüsselten Text herausfinden und anschließend selbst anwenden, indem sie Texte verschlüsseln. In diesem Modul können Kinder auf spielerische Art und Weise einen Einblick in der Welt der Kryptographie gewinnen. Die Kinder machen sich in sechs Kleingruppen (3-4 Kinder) auf die Suche nach einem verlorenen Schatz. Die Suche beginnt mit einem ersten Hinweis in Form eines Papierstreifens auf dem ein unleserlicher, wirrer Text geschrieben steht. Dabei lernen sie die Skytale-, Fleißner-, Caesar- und Vigénère-Verschlüsselung sowie die Enigma kennen. Das Modul ist auf eine Dauer von zwei Tagen ausgelegt, kann aber auch auf vier bzw. sechs Stunden herunter gebrochen werden. 2

3 INHALT Kurzinformation für die Lehrkraft... 2 Materialien... 4 Ablaufplan... 5 Ablauf (2 Tage mit 4 und 6 h)... 5 Ablauf (4h)... 7 Ablauf (6h)... 8 Arbeitsmaterialien... 9 AIR-Programm (Kryptograhpie)... 9 Heft - Troubadix in großer Mission Papier-Enigma Musterlösungen AIR-Programm (Kryptographie) Heft Troubadix in großer Mission

4 MATERIALIEN Angegeben ist die Anzahl für 24 SchülerInnen (6 Gruppen á 4 SchülerInnen). 1 Smart Board 6 Laptops mit o Kryptographie.air -Datei für die Schatzsuche o Microsoft PowerPoint oder gleichwertiges Programm (z.b. LibreOffice Präsentation) o Vollständig Java fähiger Browser Für die Skytale-Verschlüsselung: o Holzstöcke (Dicke 1-7) o 6 beschriebene Streifen o 6 leere Streifen Für die Fleißnersche Verschlüsselung: o 6 verschlüsselte Textquadrate o 6 Schablonen o 6 leere Textquadrate Für die Caesar-Verschlüsselung: o 6 verschlüsselte Texte in Tabellenform o 6 Caesarscheiben o 6 vorbereitete Klartexte Texte in Tabellenform Für die Vigénère-Verschlüsselung: o 6 verschlüsselte Texte in Tabellenform o 6 Vigénère-Quadrate 12 Hefte Troubadix in großer Mission 12 Caesarscheiben mit Häufigkeitsanalyse 24 Folienstifte 6 Digitalkameras 4

5 PAUSE ABLAUFPLAN ABLAUF (2 TAGE MIT 4 UND 6 H) Zeit Phase Inhalt Medien Sozialform Teillernziel 0:00 Begrüßung Vorstellung der Tagesordnung Dozenten Gruppeneinteilung zu je 3 bis 4 Personen Vortrag 0:05 Schatzsuche (Programm) - Teil 1 2:00 Pause SuS 1 begeben sich mit Hilfe eines Tools, das sie anhand kleiner Rästel durch die historischen Verschlüsselungsverfahren leitet, auf die Schatzsuche. AIR-Programm Gruppenarbeit Erarbeitung der verschiedenen Verschlüsselungen 2:30 Schatzsuche (Heft) - Teil 2 3:50 Abschlussbesprechung 4:00 Ende Knacken von verschlüsselten Texten Arbeitsblätter Partnerarbeit Caesar anhand der Häufigkeitsanalyse ohne bekannten Schlüssel entschlüsseln. Vigénère entschlüsseln. Vorstellung der Lösungen der einzelnen Gruppen. Diskussion der Sicherheit der verschieden Verfahren. Plenum (Stuhlkreis) Verschiedene Verfahren anwenden und anhand ihrer Sicherheit kategorisieren können. 0:00 Begrüßung Vorstellung der Tagesordnung Gruppeneinteilung zu je 3 bis 4 Personen Dozenten Vortrag 1 Schüler und Schülerinnen 5

6 PAUSE Zeit Phase Inhalt Medien Sozialform Teillernziel 0:05 Vorbereitung auf Enigma 0:50 Erarbeitung der echten Enigma 3:00 Pause Papier-Enigma basteln und Nachrichten mit einem eigens vereinbarten Schlüssel verschicken. Historische Entwicklung, Aufbau und Funktionsweise der Enigma, Enigma selbst knacken. Arbeitsblatt Einzelarbeit Grundlegender Aufbau und Arbeitsweise der Enigma verstehen und Verfahren anwenden können. Laptop Gruppenarbeit Tieferes Verständnis der Enigma entwickeln, Herangehens-weise zum Entschlüsseln kennenlernen. 3:30 Erstellung einer Präsentation Dokumentation und Aufbereitung der kennengelernten Verfahren mit Vor- und Nachteilen. Jede Gruppe stellt alle kennengelernten Verfahren vor. 5:00 Präsentation Präsentation für die Eltern der Zusammenstellungen der einzelnen Gruppen. Laptop, Digitalkamera Gruppenarbeit Vergleich der einzelnen Verfahren. Smart Board Schüler Vortrag 6:00 Ende 6

7 PAUSE ABLAUF (4H) Zeit Phase Inhalt Medien Sozialform Teillernziel 0:00 Begrüßung Vorstellung der Tagesordnung Dozenten Gruppeneinteilung zu je 3 bis 4 Personen Vortrag 0:05 Schatzsuche (Programm) - Teil 1 2:00 Pause SuS 2 arbeiten den Laptops und begeben sich auf die Schatzsuche. AIR-Programm Gruppenarbeit Erarbeitung der verschiedenen Verschlüsselungen 2:15 Erarbeitung der echten Enigma 3:45 Abschlussbesprechung 4:00 Ende Historische Entwicklung, Aufbau und Funktionsweise der Enigma, Enigma selbst knacken. Vorstellung der Lösungen der einzelnen Gruppen. Diskussion der Sicherheit der verschieden Verfahren. Laptop Gruppenarbeit Tieferes Verständnis der Enigma entwickeln, Herangehens-weise zum Entschlüsseln kennenlernen. Plenum (Stuhlkreis) Verschiedene Verfahren anwenden und anhand ihrer Sicherheit kategorisieren können. 2 Schüler und Schülerinnen 7

8 PAUSE ABLAUF (6H) Zeit Phase Inhalt Medien Sozialform Teillernziel 0:00 Begrüßung Vorstellung der Tagesordnung Dozenten Gruppeneinteilung zu je 3 bis 4 Personen Vortrag 0:05 Schatzsuche (Programm) - Teil 1 2:00 Pause SuS 3 arbeiten den Laptops und begeben sich auf die Schatzsuche. AIR-Programm Gruppenarbeit Erarbeitung der verschiedenen Verschlüsselungen 2:15 Erarbeitung der echten Enigma 4:25 Erstellung einer Präsentation Historische Entwicklung, Aufbau und Funktionsweise der Enigma, Enigma selbst knacken. Dokumentation und Aufbereitung der kennengelernten Verfahren mit Vor- und Nachteilen. Jede Gruppe bereitet ein Verfahren vor. 5:30 Präsentation Präsentation der Zusammenstellungen der SuS. Smart Board Schüler Vortrag 4:00 Ende Laptop Gruppenarbeit Tieferes Verständnis der Enigma entwickeln, Herangehens-weise zum Entschlüsseln kennenlernen. Laptop, Digitalkamera Gruppenarbeit Vergleich der einzelnen Verfahren. 3 Schüler und Schülerinnen 8

9 ARBEITSMATERIALIEN AIR-PROGRAMM (KRYPTOGRAHPIE) 9

10 Eingabe: Name der Gruppe: Gruppe 2 10

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12 12 Entschlüsselter Text: HERZLICH WILLKOMMEN IM INFOSPHERE UND VIEL SPASS BEI DER SCHATZSUCHE Eingabe: 4. Wort: INFOSPHERE 10. Wort: SCHATZSUCHE

13 13

14 Eingabe: Stocknummer: 3 Lösung: HAEEANNRLEERLRU EOWEISIRCPRLHAH ATRANTBD Entschlüsselter Text: RAETSEL FUENF ZIEGEN HABEN WIE VIELE BEINE Eingabe: Lösung: 20 14

15 15

16 16 Eingabe: T W A I D R L I K E N U S I E R E E S H G N M A E S U L F E E I T N Z T

17 Entschlüsselter Text: AVE CAESAR WIR HABEN DIEN GALLIER MIT DEM HINKELSTEIN GEFANGEN GENOMMEN Eingabe: Lösung: OBELIX Eingabe: Lösung: PILMCWBN ZLYOHXY XCY LIYGYL JFUHYH YCHYH UHALCZZ VLUON XYH TUOVYLNLUHE 17

18 18

19 19 Eingabe: Lösung: OZYJH FUZNMQ HLV LWHQHI BIEIQ FVMOMA XYNDRJVH SRIQEN QKV XEM HXV KZFNH ORDGMQ YQU GQVXHCH NXIU UYV WVDEE ULXEICVJIQ

20 HEFT - TROUBADIX IN GROßER MISSION Troubadix auf großer Mission! - Der Hinterhalt - Nachdem Troubadix in das römische Dorf gereist war, um seine musikalischen Künste zu präsentieren, fand er einen Aushang von Caesar, der, so wie er sich dachte, nichts Gutes zu verheißen mochte. AufruF Die CA (Caesars Armee) sucht tapfere Soldaten, um das Gallische Dorf zu stürmen! Treffpunkt: morgen zur Mittagsstunde Auf dem Forum Romanum Schlau, wie Troubadix war, schrieb er sich sofort in die CA als Spion ein und ging zum vereinbarten Treffpunkt. Bald darauf erhielt jeder Soldat einen verschlüsselten Schlachtplan mit sämtlichen Details zum Hinterhalt. Was er dort hörte, erschütterte ihn sehr, doch er entschied sich, als Spion für die Gallier zu kämpfen, und schickte einen Boten mit der verschlüsselten Nachricht nach Gallien. Es war ja so klar, dass Caesar wieder die Caesar-Verschlüsselung benutzt!! Helft den Galliern den Schlachtplan zu entschlüsseln! Im deutschen Alphabet kommen verschiedene Buchstaben unterschiedlich oft vor. So ist zum Beispiel E der häufigste Buchstabe. Benutzt die Caesar-Scheiben mit der Häufigkeitsverteilung und entschlüsselt die Nachricht. Auf den Scheiben könnt ihr die Anzahl der Buchstaben notieren. Was ist euer Schlüssel? Mit welchem Buchstaben wird das A ersetzt? Schlüssel: KJQIEZL LJLJS LFQQNJS FR YFL IJX NTANX: TGJQNC BNWI NS JNSJR PFJKNL RNYLJSTRRJS. NS IJW SFHMY SNRRY INJ JWXYJ LFWSNXTS IJS MNSYJWJNSLFSL JNS. INJ EBJNYJ LFWSNXTS GJQFLJWY IFX MFZUYYTW ZSI SNRRY INJ KTWRFNYTS XHMNQIPWTJYJ JNS. SJMRY RNWFHZQNC LJKFSLJS! LFQQNZX OZQNZX HFJXFW Schlüssel: A F 20

21 K J Q I E Z L L J L J S L F Q Q N J S F R Y F L I J X N T A N X: T G J Q N C B N W I N S J N S J R P F J K N L R N Y L J S T R R J S. N S I J W S F H M Y S N R R Y I N J J W X Y J L F W S N X T S I J S M N S Y J W J N S L F S L J N S. I N J E B J N Y J L F W S N X T S G J Q F L J W Y I F X M F Z U Y Y T W Z S I S N R R Y I N J K T W R F Y N T S X H M N Q I P W T J Y J J N S. S J M R Y R N W F H Z Q N C L J K F S L J S! L F Q Q N Z X O Z Q N Z X H F J X F W Klartext: FELDZUG GEGEN GALLIEN AM TAG DES IOVIS: OBELIX WIRD IN EINEM KAEFIG MITGENOMMEN. IN DER NACHT NIMMT DIE ERSTE GARNISON DEN HINTEREINGANG EIN. DIE ZWEITE GARNISON BELAGERT DAS HAUPTTOR UND NIMMT DIE FORMATION SCHILDKROETE EIN. NEHMT MIRACULIX GEFANGEN! GALLIUS JULIUS CAESAR 21

22 - Der Gegenschlag der Gallier - Und so kam es: die Römer rückten mit der ersten und zweiten Garnison vor und schlugen 400 Fuß vor dem gallischen Dorf auf. Währenddessen heckten die Gallier in der Dorfschenke einen Gegenschlag aus. Eins war klar: Sie mussten Obelix irgendwie befreien! Ohne ihn hatten sie keine Chance. Also brauten sie einen Zaubertrank und schickten Idefix mit einer verschlüsselten Nachricht des Plans los zu Troubadix. Da sie wussten, dass Caesar nach wie vor nur seine Verschlüsselung kannte, benutzten sie die Vigénère-Verschlüsselung. VLQR LBV CEZJBZWVFVH, EHRS LBZ JIXIKO YSS BOWXFFLFF HVPTFVJX, ZVA UDGM LFM USJUBZ SPFBQ. ELV XKETDKJV JQW HJV YZLXJV SWQ LNVQMQ DZ. PXTWI ICOKK! Allerdings bedachten sie nicht, dass Obelix sich noch nie merken konnte, wie er dieses Buchstabenchaos wieder entziffern konnte... Das einzige, was Obelix noch einfiel, war, dass es irgendetwas mit seinem kleinen Liebling zu tun hatte. Aber was? Helft Obelix, den Befreiungsplan seiner Freunde zu entschlüsseln und drückt ihnen die Daumen, dass sie es schaffen! Wie lautet das Schlüsselwort? Schlüsselwort: Schlüsselwort: IDEFIX 22

23 V L Q R L B V C E Z J B Z W V F V H, E H R S L B Z J I X I K O Y S S B O W X F F L F F H V P T F V J X, Z V A U D G M L F M U S J U B Z S P F B Q. E L V X K E T D K J V J Q W H J V Y Z L X J V S W Q L N V Q M Q D Z. P X T W I I C O K K! Klartext: NIMM DEN ZAUBERTRANK, WENN DER GESANG VON TROUBADIX ERKLINGT, UND MACH DIE ROEMER PLATT. WIR SCHLAGEN MIT DEN BRITEN VON HINTEN ZU. HALTE DURCH! 23

24 PAPIER-ENIGMA 24

25 MUSTERLÖSUNGEN AIR-PROGRAMM (KRYPTOGRAPHIE) Skytale-Verschlüsselung Text entschlüsseln: HERZLICH WILLKOMMEN IM INFOSPHERE UND VIEL SPASS BEI DER SCHATZSUCHE Text verschlüsseln: Stocknummer: 3 Lösung: HAEEANNRLEERLRUEOWEISIRCPRLHAHATRANTBD Stocknummer: 4 Lösung: HAWNNCARIEDHLTRUETLAHERONARRSEBLEPREAI Stocknummer: 5/6 Lösung: HPEAEEHAARBRRTLRWELRLTINAEOARENISNHUDC Stocknummer: 7 Lösung: HOREREENRHASTRHNRDETLPAWAELEILANIBUARC Fleißnersche Verschlüsselung Text entschlüsseln: RAETSEL FUENF ZIEGEN HABEN WIE VIELE BEINE Text verschlüsseln: T W A I D R L I K E N U S I E R E E S H G N M A E S U L F E E I T N Z T Caesar-Verschlüsselung Text entschlüsseln: AVE CAESAR WIR HABEN DEN GALLIER MIT DEM HINKELSTEIN GEFANGEN GENOMMEN Text verschlüsseln: PILMCWBN ZLYOHXY XCY LIYGYL JFUHYH YCHYH UHALCZZ VLUON XYH TUOVYLNLUHE Vigénère-Verschlüsselung Text verschlüsseln: OZYJH FUZNMQ HLV LWHQHI BIEIQ FVMOMA XYNDRJVH SRIQEN QKV XEM HXV KZFNH ORDGMQ YQU GQVXHCH NXIU UYV WVDEE ULXEICVJIQ 25

26 HEFT TROUBADIX IN GROßER MISSION Caesar-Verschlüsselung mit Häufigkeitsanalyse Schlüssel: A F Klartext: FELDZUG GEGEN GALLIEN AM TAG DES IOVIS: OBELIX WIRD IN EINEM KAEFIG MITGENOMMEN. IN DER NACHT NIMMT DIE ERSTE GARNISON DEN HINTEREINGANG EIN. DIE ZWEITE GARNISON BELAGERT DAS HAUPTTOR UND NIMMT DIE FORMATION SCHILDKROETE EIN. NEHMT MIRACULIX GEFANGEN! GALLIUS JULIUS CAESAR Vigénère-Verschlüsselung: Schlüsselwort: IDEFIX Klartext: NIMM DEN ZAUBERTRANK, WENN DER GESANG VON TROUBADIX ERKLINGT, UND MACH DIE ROEMER PLATT. WIR SCHLAGEN MIT DEN BRITEN VON HINTEN ZU. HALTE DURCH! 26